【正文】 解 耦 的 本 質(zhì) 在 于 設(shè) 計(jì) 一 個 計(jì)算 網(wǎng) 絡(luò) ， 用 它 去 抵 消 過 程 中 的 關(guān) 聯(lián) ， 以 保 證 各 個 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) 能 獨(dú) 立 工 作 。當(dāng) 回 路 間 存 在 嚴(yán) 重 耦 合 時 ， 即 使 采 用 最 好 的 回 路 匹 配 也 得 不 到 滿 意 得 控 制 效果 。 但 由 于 受 控 對 象 數(shù) 學(xué) 模 型 的 精 度 不 高 、控 制 器 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 、 設(shè) 計(jì) 方 法 不 便 于 工 程 技 術(shù) 人 員 掌 握 等 條 件 限 制 ， 目 前 直 接 按照 多 變 量 控 制 系 統(tǒng) 分 析 設(shè) 計(jì) 理 論 進(jìn) 行 單 元 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 與 綜 合 ， 還處 于 初 級 階 段 。 汽 機(jī) 調(diào) 門 開 度 階 躍 變 化 +1%響 應(yīng) 曲 線 ， 如 圖 29 所 示 ：T?(a)功 率 響 應(yīng) 曲 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 19 頁 (a) 壓 力 響 應(yīng) 曲 線圖 29 汽 機(jī) 調(diào) 門 開 度 階 躍 變 化 +1%響 應(yīng) 曲 線 給 煤 量 B 階 躍 變 化 +1t/h 響 應(yīng) 曲 線 ， 如 圖 210 所 示(a) 功 率 響 應(yīng) 曲 線(b) 壓 力 響 應(yīng) 曲 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 20 頁 (c) 中 間 點(diǎn) 焓 值 響 應(yīng) 曲 線圖 210 給 煤 量 階 躍 變 化 +1t/h 響 應(yīng) 曲 線通 過 圖 210 與 圖 26 的 比 較 發(fā) 現(xiàn) ， 此 處 選 擇 的 數(shù) 學(xué) 模 型 的 階 躍 響 應(yīng) 曲 線 與超 臨 界 機(jī) 組 的 動 態(tài) 特 性 基 本 有 一 致 ， 是 符 合 超 臨 界 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 數(shù) 學(xué) 模 型 。X=wden(B,’rigrsure’,’s’,m’ln’,M, ’sym4’)。 數(shù) 據(jù) 的 去 噪 采 用 軟 閾 值 處 理 方 法 。 給 水 量 W:t /h。 中 間 點(diǎn) 焓值 H: kJ/kg 。 本 文 使 用 的 量 綱 為 : 功 率 N: MW。 為 了 滿 足 可 辨 識 性 , 辨 識 數(shù) 據(jù) 是 從 長 期 記 錄 的 現(xiàn) 場 數(shù) 據(jù) 中 選 取 汽機(jī) 輸 出 功 率 在 100 %工 況 附 近 小 范 圍 變 化 的 一 段 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 16 頁 圖 28 某 廠 1000MW 燃 煤 機(jī) 組 在 100%負(fù) 荷 上 的 動 態(tài) 數(shù) 學(xué) 模 型一 、 超 臨 界 機(jī) 組 數(shù) 學(xué) 模 型 的 建 立模 型 的 選 取 與 編 碼 ??04在 100 %負(fù) 荷 下 的 汽 輪 機(jī) 調(diào) 節(jié) 閥 開 度 、 給 水 量 W、 給 煤 量 B 作 為 辨T?識 輸 入 數(shù) 據(jù) , 主 汽 壓 力 P、 汽 輪 機(jī) 實(shí) 際 輸 出 功 率 N、 由 汽 水 分 離 器 出 口 壓 力 (中 間 點(diǎn) 壓 力 ) 和 汽 水 分 離 器 出 口 溫 度 (中 間 點(diǎn) 溫 度 ) 經(jīng) 華 北 電 力 大 學(xué) 能 源 與 動力 工 程 系 開 發(fā) 的 水 和 水 蒸 汽 I APWS 97 標(biāo) 準(zhǔn) 計(jì) 算 程 序 計(jì) 算 得 到 的 中 間 點(diǎn) 焓 值H 分 別 作 為 辨 識 輸 出 數(shù) 據(jù) 。 給 水 量 對 汽 輪 機(jī) 功率 影 響 不 大 也 可 忽 略 不 計(jì) 。T、 給 煤 量 B、 給 水 量 W ) 對功 率 N、 主 汽 壓 P、 主 汽 溫 T、 中 間 點(diǎn) 焓 值 H 的 影 響 。 超 臨 界 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 數(shù) 學(xué) 模 型超 臨 界 單 元 機(jī) 組 可 以 看 成 一 個 三 輸 入 三 輸 出 的 多 變 量 調(diào) 節(jié) 對 象 , 如 圖 27所 示 。 由 于 燃 水 比 變 化 時 出 口 汽 溫的 響 應(yīng) 遲 延 很 大 ， 因 此 不 能 用 出 口 汽 溫 來 作 為 燃 水 比 調(diào) 節(jié) 的 反 饋 量 。 因 此 在超 臨 界 運(yùn) 行 方 式 和 亞 臨 界 運(yùn) 行 方 式 機(jī) 組 具 有 完 全 不 同 的 控 制 特 性 ， 是 復(fù) 雜 多 變的 被 控 對 象 ， 遠(yuǎn) 比 常 規(guī) 的 亞 臨 界 機(jī) 組 難 于 控 制 。 在 亞 臨 界 運(yùn) 行 工 況 下 ， 給 水 具 有 加 熱 段 、蒸 發(fā) 段 與 過 熱 段 三 大 部 分 ； 而 在 超 臨 界 運(yùn) 行 工 況 下 ， 由 于 汽 水 的 密 度 相 同 ， 水在 瞬 間 轉(zhuǎn) 化 為 蒸 汽 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 15 頁 2． 非 線 性 特 性 強(qiáng)超 臨 界 機(jī) 組 采 用 超 臨 界 參 數(shù) 的 蒸 汽 ,其 機(jī) 組 的 運(yùn) 行 方 式 采 用 滑 參 數(shù) 運(yùn) 行 ， 機(jī)組 在 大 范 圍 的 變 負(fù) 荷 運(yùn) 行 中 ， 壓 力 運(yùn) 行 在 10MPa~ 間 。 從 上 面 的分 析 可 以 看 出 ， 直 流 鍋 爐 的 一 次 循 環(huán) 特 性 ， 使 機(jī) 組 的 主 要 控 制 參 數(shù) 功 率 、 壓 力 、溫 度 均 受 到 了 汽 機(jī) 調(diào) 門 開 度 、 燃 料 量 、 給 水 量 的 影 響 。 水 擾 動 對 壓 力 、 溫 度 、 功 率 的 影 響當(dāng) 給 水 流 量 擾 動 時 ， 由 于 加 熱 段 、 蒸 發(fā) 段 延 長 而 推 出 一 部 分 蒸 汽 ， 因 此 開 始壓 力 和 功 率 是 增 加 的 ， 但 由 于 過 熱 段 縮 短 使 汽 溫 下 降 ， 最 后 雖 然 蒸 汽 流 量 增 加但 壓 力 和 功 率 還 是 下 降 ， 汽 溫 經(jīng) 過 一 段 時 間 的 延 遲 后 單 調(diào) 下 降 ， 最 后 穩(wěn) 定 在 一個 較 低 的 溫 度 上 。 其 特 性 不 但 影 響 了 鍋 爐 的出 口 壓 力 ， 而 且 由 于 壓 力 的 變 化 引 起 了 給 水 流 量 的 變 化 ， 延 長 了 鍋 爐 側(cè) 汽 水 流程 的 加 熱 段 ， 導(dǎo) 致 了 溫 度 的 變 化 。 機(jī) 擾 動 對 鍋 爐 的 耦 合 特 性直 流 鍋 爐 汽 水 一 次 性 循 環(huán) 特 性 ， 使 超 臨 界 鍋 爐 動 態(tài) 特 性 受 末 端 阻 力 的 影 響 遠(yuǎn)比 鍋 筒 式 鍋 爐 大 。 對 于汽 包 鍋 爐 ， 由 于 汽 包 的 蓄 熱 較 大 ， 可 利 用 汽 包 的 蓄 熱 滿 足 汽 輪 機(jī) 超 調(diào) 的 需 求 ，使 主 汽 壓 力 不 致 產(chǎn) 生 過 大 波 動 。 例 如 當(dāng) 汽 輪 機(jī) 負(fù) 荷 增 加 時 ，南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 14 頁 汽 輪 機(jī) 功 率 調(diào) 節(jié) 器 會 增 大 汽 機(jī) 主 蒸 汽 閥 開 度 ， 增 大 汽 輪 機(jī) 進(jìn) 汽 量 ， 由 于 鍋 爐 的響 應(yīng) 速 度 較 慢 ， 無 法 及 時 產(chǎn) 生 足 夠 蒸 汽 ， 從 而 使 機(jī) 前 壓 力 降 低 ， 阻 礙 了 汽 輪 機(jī)進(jìn) 汽 量 進(jìn) 一 步 增 大 。 另 外 ， 由 于 沒 有 汽 包 的 緩 沖 ， 超 臨 界 鍋 爐 動 態(tài) 特 性 受 末 端阻 力 的 影 響 遠(yuǎn) 比 汽 包 式 鍋 爐 大 。(a)汽 輪 機(jī) 調(diào) 門 開 度 擾 動 ； (b)然 料 量 擾 動 ； (c)給 水 流 量 擾 動圖 26 超 臨 界 直 流 鍋 爐 動 態(tài) 特 性 曲 線三 、 超 臨 界 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 特 點(diǎn)1． 機(jī) 、 爐 控 制 耦 合汽 輪 機(jī) 和 鍋 爐 之 間 的 非 線 性 耦 合 是 超 臨 界 機(jī) 組 難 點(diǎn) 之 一 ， 常 規(guī) 的 控 制 系 統(tǒng) 難以 達(dá) 到 好 的 控 制 效 果 。2． 燃 料 量 階 躍 增 加 擾 動在 燃 料 量 階 躍 增 加 擾 動 下 ， 各 個 輸 出 變 量 變 化 為 ： 鍋 爐 各 個 受 熱 面 吸 熱 增 加 ，導(dǎo) 致 附 加 蒸 發(fā) 量 增 加 ， 機(jī) 組 負(fù) 荷 上 升 ， 由 于 給 水 流 量 沒 有 增 加 ， 在 附 加 蒸 發(fā) 量蒸 發(fā) 完 畢 后 ， 蒸 汽 流 量 開 始 降 低 ， 過 熱 汽 溫 上 升 ， 減 溫 水 系 統(tǒng) 增 加 噴 入 減 溫 水流 量 以 維 持 過 熱 汽 溫 ， 實(shí) 際 蒸 汽 量 增 加 ， 機(jī) 組 負(fù) 荷 增 加 到 與 燃 料 量 相 對 應(yīng) 的 水平 ； 由 于 蒸 汽 量 增 加 而 汽 輪 機(jī) 調(diào) 門 開 度 不 變 ， 機(jī) 前 壓 力 上 升 至 一 定 水 平 ； 由 于燃 水 比 增 加 ， 蒸 發(fā) 段 提 前 ， 中 間 點(diǎn) 溫 度 上 升 至 一 定 水 平 。 各 種 擾 動 下 輸 出 的 響 應(yīng) 曲 線 如 圖 26 所 示 。二 、 超 臨 界 機(jī) 組 的 動 態(tài) 特 性 ：超 臨 界 直 流 鍋 爐 對 象 特 性 的 變 化 體 現(xiàn) 在 汽 水 系 統(tǒng) 中 ， 而 制 粉 系 統(tǒng) 、 風(fēng) 煙 系 統(tǒng) 、汽 輪 機(jī) 調(diào) 門 、 汽 輪 機(jī) 動 態(tài) 環(huán) 節(jié) 同 汽 包 鍋 爐 是 一 致 的 。發(fā) 展 超 臨 界 機(jī) 組 已 成 為 我 國 電 力 行 業(yè) 的 主 要 方 向 之 一 。 由 于 超 臨 界 直 流 爐 的 強(qiáng) 非 線 性 ， 常 規(guī) 的 控 制 策 略難 以 達(dá) 到 良 好 的 控 制 效 果 。 超 臨 界 機(jī) 組 實(shí) 際 運(yùn) 行 在 超 臨 界 和 亞 臨 界 兩 種 工 況 下 ，南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第 12 頁 在 亞 臨 界 運(yùn) 行 工 況 給 水 具 有 加 熱 段 、 蒸 發(fā) 段 與 過 熱 段 三 大 部 分 ， 在 超 臨 界 運(yùn) 行工 況 汽 水 的 密 度 相 同 ， 水 在 瞬 間 轉(zhuǎn) 化 為 蒸 汽 ， 因 此 超 臨 界 運(yùn) 行 方 式 和 亞 臨 界 運(yùn)行 方 式 機(jī) 組 具 有 完 全 不 同 的 控 制 特 性 ， 超 臨 界 機(jī) 組 是 一 種 特 性 復(fù) 雜 多 變 的 被 控對 象 ， 隨 著 機(jī) 組 負(fù) 荷 的 變 化 ， 機(jī) 組 的 動 態(tài) 特 性 參 數(shù) 亦 隨 之 大 幅 度 變 化 。（ 5） 強(qiáng) 烈 的 非 線 性 是 超 臨 界 機(jī) 組 又 一 主 要 特 征 。 當(dāng) 燃 水 比 失 去 平 衡 時 ,利 用汽 包 中 的 存 水 和 空 間 容 積 暫 時 維 持 鍋 爐 的 工 質(zhì) 平 衡 關(guān) 系 ,以 保 持 各 段 受 熱 面 積不 變 。（ 4） 直 流 爐 由 于 汽 水 是 一 次 完 成 的 ,因 而 不 象 汽 包 爐 那 樣 。這 要 求 控 制 系 統(tǒng) 更 為 嚴(yán) 格 保 持 各 種 比 值 的 關(guān) 系 (如 給 水 量 /蒸 汽 量 、 燃 料 量 /給水 量 及 噴 水 量 /給 水 量 等 )。 同 時 ,系 統(tǒng)回 收 鍋 爐 啟 動 初 期 排 出 的 熱 水 、 汽 水 混 合 物 、 飽 和 蒸 汽 以 及 過 熱 度 不 足 的 過 熱蒸 汽 ,以 實(shí) 現(xiàn) 工 質(zhì) 和 熱 量 的 回 收 。 隨 著 鍋 爐 朝 著大 容 量 參 數(shù) 的 方 向 發(fā) 展 ,超 臨 界 機(jī) 組 日 益 顯 示 其 諸 多 優(yōu) 點(diǎn) ,不 僅 煤 耗 大 大 降 低 ,排 污 量 也 相 應(yīng) 減 少 ,經(jīng) 濟(jì) 效 益 十 分 明 顯 。 超 臨 界 參 數(shù) 鍋 爐 是 指 過 熱 器 出 口 主 蒸 汽 壓 力 超過 MPa,理 論 上 認(rèn) 為 ,在 水 的 狀 態(tài) 參 數(shù) 達(dá) 到 臨 界 點(diǎn) 時 ,水 的 汽 化 會 在 一 瞬間 完 成 ,即 在 臨 界 點(diǎn) 時 飽 和 水 和 飽 和 蒸 汽 之 間 不 再 有 汽 、 水 共 存 的 二 相 區(qū) 存 在 ,也 就 是 說 二 者 的 各 項(xiàng) 參 數(shù) 不 再 有 區(qū) 別 。 在 分 析 和 研 究超 臨 界 機(jī) 組 的 控 制 策 略 之 前 ， 我 們 首 先 需 要 分 析 和 研 究 超 臨 界 機(jī) 組 的 對 象 特 性 。 其 原 理 圖 如 圖25 所 示 。 當(dāng) 外 界 負(fù) 荷 發(fā) 生 變 化 時 ， 負(fù) 荷 指 令同 時 送 到 機(jī) 、 爐 主 控 制 器 ， 對 汽 輪 機(jī) 和 鍋 爐 發(fā) 出 負(fù) 荷 控 制 指 令 ， 改 變 汽 輪 機(jī) 的進(jìn) 汽 量 和 鍋 爐 的 燃 燒 率 ， 利 用 鍋 爐 的 蓄 能 快 速 響 應(yīng) 負(fù) 荷 需 求 ， 同 時 通 過 改 變 燃燒 率 從 而 改 變 進(jìn) 入 鍋 爐 的 能 量 ， 保 持 機(jī) 組 輸 入 能 量 與 輸 出 能 量 的 平 衡 。三 、 機(jī) 爐 協(xié) 調(diào) 控 制 方 式機(jī) 爐 協(xié) 調(diào) 控 制 方 式 最 早 是 在 20 世 紀(jì) 50 年 代 提 出 的 ， 但 其 是 在 60 年 代 末 ，隨 著 電 動 液 壓 控 制 的 發(fā) 展 而 得 到 應(yīng) 用 。（ 2） 內(nèi) 擾 時 擾 動 單 向 補(bǔ) 償 設(shè) 計(jì) 交 叉 環(huán) 節(jié) F(x)， 使 之 滿 足 )(WK(s)NBPs?則 理 論 上 基 本 消 除 了 爐 對 機(jī) 的 影 響 ， 實(shí) 際 中 一 般 取 這 樣 ， 燃 料 擾 動NBP（ 增 加 ） 時 ， 功 率 信 號 （ 增 加 ） 抑 制 了 汽 輪 機(jī) 控 制 回 路 由 于 機(jī) 前 壓 力 （ 增 加 ）要 開 大 閥 門 的 動 作 ， 減 少 了 功 率 的 波 動 ， 有 利 于 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 。 若 負(fù) 荷 變 化 超 過 規(guī) 定 ，)(NULDK?對 信 號 設(shè) 置 有 F(x)予 以 限 制 ， 以 免 機(jī) 前 壓 力 偏 差 超 過 允 許 范 圍 。 汽 輪 機(jī) 側(cè) PI 調(diào) 節(jié) 器 輸 入 為 ， 可??T